MAKALAH SISTEM PEMBANGKIT TENAGA AIR

(1)

MAKALAH

SISTEM PEMBANGKIT TENAGA AIR

NAMA

: MUHAMAT SOLEH HIDAYATULOH KAROUW

NIM

: 16023011

BETSI ROOROH

(2)

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, penulis panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ilmiah tentang Pembangkit Listrik Tenaga Air dengan baik.

Penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak terutama Bapak Syukron sebagai guru mata pelajaran fisika yang telah membimbing penulis dalam pembuatan makalah ini. Sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik. Terlepas dari semua itu, penulis menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu penulis mengharapkan adanya saran dan kritik dari pembaca agar nantinya makalah ini akan menjadi lebih baik.

Akhir kata penulis berharap semoga makalah ilmiah tentang Pembangit Listrik Tenaga Air ini dapat memberikan manfaat baik untuk penulis ataupun pembaca.

(3)

 Kata pengatar

 Daftar isi

 Bab I

PENDAHULUAN A. Latar belakang B. Rumusan masalah

 BAB II

PENBAHASAN 1. Pengertian PLTA

2. Prinsip PLTA dan konversi energi

3. Defenisi PLTA

4. Prinsip Kerja pada PLTA

5. Komponen Dasar PLTA 6. Jenis PLTA

7. Waduk

8. Klasifikasi PLTA 9. Jenis Turbin Air

 BAB III

(4)

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pembangkit listrik tenaga air adalah salah satu sumber energi listrik yang memanfaatkan air sebagai sumber listrik. Pembangkit ini merupakan salah satu sumber energi listrik utama yang ada di Indonesia. Keberadaannya diharapkan mampu memenuhi pasokan listrik bagi masyarakat Indonesia, selain yang berasal dari bahan bakar batu bara. Pembangkit listrik tenaga air di Indonesia banyak dikembangkan. Hal ini karena persediaan air di Indonesia cukup melimpah. Keberadaan beberapa waduk besar di Indonesia, selain digunakan untuk penampungan air juga dimanfaatkan untuk menjadi energi penghasil listrik. Pilihan mengembangkan pembangkit listrik tenaga air ini salah satunya disebabkan potensi air yang ada di Indonesia. Jumlah air yang melimpah, dikembangkan untuk menciptakan energi yang diubah menjadi sebuah arus listrik. Hal ini ditujukan untuk menciptakan biaya produksi yang murah pada listrik di Indonesia. Pembangkit listrik tenaga air termasuk salah satu sumber pembangkit listrik tertua yang pernah ditemukan. Selain pembangkit ini, masih ada pula beberapa jenis pembangkit listrik yang ada di dunia. Seperti pembangkit listrik tenaga surya, pembangkit listrik tenaga diesel, dan juga pembangkit listrik tenaga nuklir. Pembangkit tinggi tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial (dari dam atau a i r t e r j u n ) m e n j a d i e n e r g i m e k a n i k ( d e n g a n b a n t u a n t u r b i n a i r ) d a n d a r i e n e r g y mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan generator). Kapasitas PLTA diseluruh dunia ada sekitar 675.000 MW ,setara dengan 3,6 milyar barrel minyak atau samadengan 24 % kebutuhan listrik dunia yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang. PLTA termasuk jenis pembangkitan hidro. Karena pembangkitan ini menggunakan air untuk kerjanya. Saat ini pengetahuan tentang PLTA perlu untuk diketahui oleh para mahasiswa sebagai modal awal untuk kedepannya.

(5)

1. Apa yang dimaksud dengan PLTA?

2. Bagaimana sebuah PLTA bisa beroperasi?

3. Bagaimana prinsip kerja PLTA?

4. Siapa sasaran dari pembangunan PLTA?

5. Apa saja yang dibutuhkan untuk membangun PLTA?

6. Apakah dampak dari pembangunan PLTA?

C. Tujuan Pembahasan

1. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang pembangkitan listrik, khususnya PLTA.

2. Mahasiswa mengetahui bagaimana prinsip kerja dari sebuah PLTA.

3. Dengan membahas PLTA, kita bisa mengetahui faktor penting dalam

pembangunan PLTA dan dampak bagi masyarakat sekitar.

(6)

1. Pengertian PLTA

Pengertian pembangkit listrik tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbinair) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan generator) Pembangkit listrik tenaga air konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu air dibuang. Pada saat beban puncak air dalam lower reservoir akan di pompa ke upper reservoir sehingga cadangan air pada waduk utama tetap stabil.

Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan generator).

PLTA dapat beroperasi sesuai dengan perancangan sebelumnya, bila mempunyai Daerah Aliran Sungai (DAS) yang potensial sebagai sumber air untuk memenuhkebutuhan dalam pengoperasian PLTA tersebut. Pada operasi PLTA tersebut, perhitungan keadaan air yang masuk pada waduk / dam tempat penampungan air, beserta besar air yang tersedia dalam waduk / dam dan perhitungan besar air yang akan dialirkan melalui pintu saluran air untuk menggerakkan turbin sebagai penggerak sumber listrik tersebut, merupakan suatu keharusan untuk dimiliki, dengan demikian kontrol terhadap air yang masuk maupun yang didistribusikan ke pintu saluran air untuk menggerakkan turbin harus dilakukan dengan baik, sehingga dalam operasi PLTA tersebut, dapat dijadikan sebagai dasar tindakan pengaturan efisiensi penggunaan air maupun pengamanan seluruh sistem, sehingga PLTA tersebut, dapat beroperasi sepanjang tahun, walaupun pada musim kemarau panjang.

Kapasitas PLTA diseluruh dunia ada sekitar 675.000 MW ,setara dengan 3,6 milyar barrel minyak atau sama dengan 24 % kebutuhan listrik dunia yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang.

Dalam penentuan pemanfaatan suatu potensi sumber tenaga air bagi pembangkitan tanaga listrik ditentukan oleh tiga faktor yaitu:

a. Jumlah air yang tersedia, yang merupakan fungsi dari jatuh hujan dan atau salju.

b.Tinggi terjun yang dapat dimanfaatkan, hal mana tergantung dari topografi daerah

(7)

c. Jarak lokasi yang dapat dimanfaatkan terhadap adanya pusat-pusat beban atau jaringan transmisi.

2. Prinsip PLTA dan konversi energi

Pada prinsipnya PLTA mengolah energi potensial air diubah menjadi energi kinetis dengan adanya head, lalu energi kinetis ini berubah menjadi energi mekanis dengan adanya aliran air yang menggerakkan turbin, lalu energi mekanis ini berubah menjadi energi listrik melalui perputaran rotor pada generator. Jumlah energi listrik yang bisa dibangkitkan dengan sumber daya air tergantung pada dua hal, yaitu jarak tinggi air (head) dan berapa besar jumlah air yang mengalir (debit).

Untuk bisa menghasilkan energi listrik dari air, harus melalui beberapa tahapan perubahan energi, yaitu:

a. Energi Potensial

Energi potensial yaitu energi yang terjadi akibat adanya beda potensial, yaitu akibat adanya perbedaan ketinggian. Besarnya energi potensial yaitu:

Ep = m . g . h

(8)

c. Energi Mekanis

Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya energi mekanis.

dirumuskan: Em = T . ω . t Dimana:

Em : Energi mekanis T : torsi

ω : sudut putar t : waktu (s)

d. Energi Listrik

Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik sesuai persamaan:

El = V . I . t Dimana:

El : Energi Listrik V : tegangan (Volt) I : Arus (Ampere) t : waktu (s)

3. Defenisi PLTA

(9)

Komponen Utama PLTA beserta Fungsinya 1. Bendungan

Bendungan merupakan bagian komponen dari Pembangki Listrik Tenaga Air yang berfungsi untuk menampung air dalam jumlah besar dan untuk menciptakan tinggi jatuh air agar tenaga yang dihasilkan juga besar. Selain itu bendungan juga berfungsi untuk pengendalian banjir.

2. Turbine

(10)

3. Generator

Generator merupakan komponen yang terhubung dengan turbin dimana generator akan

menghasilkan energi listrik. Generator bekerja seperti halnya generator lain yang ada di PLTA ataupun generator pembangkit lainnya, yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik sesuai dengan karakteristik yang dipasokkan.

4. Jalur Transmisi

Berfungsi mengalirkan energi listrik dari PLTA menuju rumah-rumah dan pusat industri.

4. Prinsip Kerja pada PLTA

1. Bendungan

Bendungan berfungsi menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan tinggi jatuh air. Selain menyimpan air, bendungan juga dibangun dengan tujuan untuk menyimpan energy.

2. Turbine

(11)

yang disebabkan gaya jatuh air menjadi energi mekanik. Adapun jenis-jenis dari turbin sesuai dengan cara kerjanya yaitu sebagai berikut:

a) Turbin Impuls

Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.

Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozzle yang

mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar.

b) Turbin Pelton

Pelton wheel from Walchensee, Germany hydro power station. Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang

disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nosel.

Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi. Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil. Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi.

c) Turbin Turgo

(12)

d) Turbin Crossflow

Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 s/d 200 m. Turbin Zcrossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.

e) Turbin Reaksi

Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya

penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.

f) Turbin Francis

Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pad turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.

g) Turbin Kaplan & Propeller

Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu.

3. Generator

(13)

listrik lainnya.

Generator mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Tergantung pada karakteristik jaringan yang dipasok, produsen bisa memilih antara: Generator sinkronus yang dilengkapi dengan sistem eksitasi DC (rotasi atau statis) yang terkait dengan regulator tegangan, untuk memberikan tegangan, frekuensi dan control sudut fase sebelum generator disambungkan ke jaringan dan memasok energi reaktif yang diperlukan oleh sistem tenaga ketika generator telah disambungkan ke jaringan.

Generator ansinkronus adalah motor induksi sederhana yang tidak menggunakan pengaturan voltage dan berjalan pada kecepatan yang secara langsung terkait dengan frekuensi sistem. Mereka menarik arus eksitasinya dari jaringan, sehingga menyerap energi reaktif dari magnetismenya sendiri. Efisiensi generator ansinkronus adalah 2 sampai 4 per sen di bawah efisiensi generator sinkronus selama seluruh kisaran operasi. Secara umum, ketika daya melebihi 5000 kVA maka generator sinkronus perlu dipasang. Tegangan kerja dari generator bervariasi sesuai dengan dayanya. Tegangan pembangkitan standard adalah 380 V atau 430 V sampai dengan 1400 kVA dan 6000/6600 untuk pembangkit yang lebih besar. Pembangkitan pada tegangan 380 V atau 430 V memungkinkan penggunaan transformer distribusi strandard sebagai transformer saluran keluar dan penggunaan arus buatan untuk memasok ke dalam sistem daya pembangkit.

h) Jalur Transmisi

PLTA umumnya terletak jauh dari tempat-tempat di mana tenaga listrik itu digunakan atau pusat-pusat beban ( load contres). Karena itu tenaga listrik yang dibangkitkan harus disalurkan melalui kawat-kawat atau saluran transmisi. Karena tegangan generator pada umumnya rendah, antara 6 KV sampai 24 KV, maka tegangan ini biasanya dinaikkan dengan pertolongan transformator daya ke tingkat tegangan yang lebih tinggi antara 30 KV sampai 500 KV (di beberapa negara maju bahkan sudah sampai 1000 KV).

Tingkat tegangan yang lebih tinggi ini,selain untuk memperbesar daya hantar dari saluran yang berbanding lurus dengan kuadrat tegangan,juga untuk memperkecil rugi-rugi daya dan jatuh tegangan pada saluran. Sudah jelas, dengan mempertinggi tegangan tingkat isolasi-pun harus lebih tinggi, dengan demikian biaya peralatan juga tinggi.

(14)

150 KV atau dari 150 KV ke 70 KV. Kemudian penurunan kedua dilakukan pada gardu induk distribusi dari 150 KV ke 20 KV atau dari 70 KV ke 20 KV.

5. Komponen Dasar PLTA

Komponen – komponen dasar PLTA berupa dam, turbin, generator dan transmisi. Dam berfungsi untuk menampung air dalam jumlah besar karena turbin memerlukan pasokan air yang cukup dan stabil. Selain itu dam juga berfungsi untuk pengendalian banjir.

a. Turbin

b. Generator

c. Travo

d. Bendungan

6. Jenis PLTA

a. PLTA jenis terusan air (water way)

Adalah pusat listrik yang mempunyai tempat ambil air (intake) di hulu sungai dan mengalirkan air ke hilir melalui terusan air dengan kemiringan (gradient) yang agak kecil.Tenaga listrik dibangkitkan dengan cara memanfaatkan tinggi terjun dan kemiringan sungai.

b. PLTA jenis DAM /bendungan

Adalah pembangkit listrik dengan bendungan yang melintang disungai, pembuatan bendungan ini dimaksudkan untuk menaikkan permukaan air dibagian hulu sungai guna membangkitkan energi potensial yang lebih besar sebagai pembangkit listrik.

c. PLTA jenis terusan dan DAM (campuran)

(15)

7. Waduk

Waduk adalah kolam besar tempat menyimpan air sediaan untuk berbagai kebutuhan. Waduk dapat terjadi secara alami maupun dibuat manusia.

8. Klasifikasi PLTA

Klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Air berdasarkan:

a. Berdasarkan tujuan

Hal ini disebabkan karena fungsi yang berbeda-beda misalnya untuk mensuplai air, irigasi, kontrol banjir dan lain sebagainya disamping produksi utamanya yaitu tenaga listrik.

b. Berdasarkan keadaan hidraulik

Suatu dasar klasifikasi pada pembangkit listrik tenaga air adalah memperhatikan prinsip dasar hidraulika saat perencanaannya. Ada empat jenis pembangkit yang menggunakan prinsip ini.

c. Berdasarkan Sistem Pengoperasian

Pengoperasian bekerja dalam hubungan penyediaan tenaga listrik sesuai dengan permintaan, atau pengoperasian dapat berbentuk suatu kesatuan sistem kisi-kisi yang mempunyai banyak unit.

d. Berdasarkan Lokasi Kolam Penyimpanan dan Pengatur.

Kolam yang dilengkapi dengan konstruksi bendungan/tanggul. Kolam tersbut diperlukan ketika terjadi pengaliran tidak sama untuk kurun waktu lebih dari satu tahun. Tanpa kolam penyimpanan, pembangkit/instalasi dipergunakan dalam pengaliran keadaan normal.

e. Berdasarkan Lokasi dan Topografi

(16)

iv. Kapasitas tertinggi diatas : 10000 kW

g. Berdasarkan ketinggian tekanan air

i. PLTA dengan tekanan air rendah kurang dari :dibawah 15 m

ii. PLTA dengan tekan air menengah berkisar :15 m – 70 m

iii. PLTA dengan tekanan air tinggi berkisar :71 m – 250 m

iv. PLTA dengaan tekanan air yang sangat tinggi :diatas 250 m

h. Berdasarkan bangunan/konstruksi utama

Berdasarkan bangunan / konstruksi utama dibagi atas:

Pembangkit listrik pada aliran sungai, pemiliahn lokasi harus menjamin bahwa

pengalirannya tetap normal dan tidak mengganggu bahan-bahn konstruksi pembangkit listrik. Dengan demikian pembangkit listrik walaupun mempunyai kolam cadangan untuk penyimpanan air yang besar, juga mempunyai sebuah saluran pengatur jalannya air dari kolam penyimpanan itu.

9. Jenis Turbin Air

a. Turbin Kaplan

Turbin Kaplan digunakan untuk tinggi terjun yang rendah, yaitu di bawah20 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik roda air turbin dilakukan melalui pemanfaatan kecepatan air. Roda air turbin Kaplan menyerupai baling-baling dari kipas angin.

b. Turbin Francis

Turbin Francis paling banyak digunakan di Indonesia. Turbin ini digunakan untuk tinggi terjun sedang, yaitu antara 20-400 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses reaksi sehingga turbin Francis jugadisebut sebagai turbin reaksi.

c. Turbin Pelton

(17)

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Komponen – kompnen dasar PLTA berupa dam, turbin, generator dan transmisi. Dam berfungsi untuk menampung air dalam jumlah besar karena turbin memerlukan pasokan air yang cukup dan stabil. Selain itu dam juga berfungsi untuk pengendalian banjir. contoh waduk Jatiluhur yang berkapasitas 3 miliar kubik air dengan volume efektif sebesar 2,6 miliar kubik.

Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator. Turbin terdiri dari berbagai jenis seperti turbin Francis, Kaplan, Pelton, dll. Generator dihubungkan ke turbin dengan bantuan poros dan gearbox. Memanfaatkan perputaran turbin untuk memutar kumparan magnet didalam generator sehingga terjadi pergerakan elektron yang membangkitkan arus AC.

Travo digunakan untuk menaikan tegangan arus bolak balik (AC) agar listrik tidak banyak terbuang saat dialirkan melalui transmisi. Travo yang digunakan adalah travo step up.

(18)

DAFTAR PUSTAKA

M. M Dandekar dan K. N Sharma Penerjemah, D. Bambang Setyadi, Sutanto.

Pembangkit Listrik Tenaga Air, 1991. Cet 1. -, Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia ( UI-Press).

Kadir, Abdul, 1995. Energi; Sumber daya, inovasi, tenaga listrik, potensi

ekonomi. Cet 1. Edisi Kedua/ Revisi- Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia ( UI-Press).

http://tumoutou.net/3_sem1_012/b_nababan.htm

http://rafflesia.wwf.or.id/library/admin/attachment/clips/2006-08-02-006-00C4-001-04-0904.pdf

http://berita-iptek.blogspot.com/2008/04/pembangkit-listrik-tenaga-air.html